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作成日 05.10
CO₂、MIG/MAG、パルスMIG/MAG溶接の違い
金属ガス溶接（GMAW）の概念と分類
金属ガス溶接（GMAW）は、消耗ワイヤ電極を使用し、外部から供給されるシールドガスがアーク媒体として機能するアーク溶接プロセスです。ガスは、溶融金属の溶滴、溶融池、および溶接ゾーンの高温金属を保護します。ワイヤ材料とシールドガスの違いにより、以下のプロセスに分類されます:
1. 溶接ワイヤの種類による分類
- ソリッドワイヤ溶接とフラックス入りワイヤ溶接に分けられます。
- 不活性ガス（ArまたはHe）シールドのソリッドワイヤは、MIG溶接（Metal Inert Gas Arc Welding）と定義されます。
- アルゴンリッチ混合ガスのソリッドワイヤは、MAG溶接（Metal Active Gas Arc Welding）と呼ばれます。
- 純粋なCO₂シールドのソリッドワイヤは、単にCO₂溶接と呼ばれます。
- フラックス入りワイヤの場合：CO₂またはCO₂+Ar混合ガスをシールドガスとして使用するアーク溶接はフラックス入りワイヤガスシールド溶接、外部シールドガスなしの溶接はセルフシールドアーク溶接と呼ばれます。
2. 標準MIG/MAG溶接とCO₂溶接の違い
- CO₂溶接は低コストで生産性が高いという特徴がありますが、スパッタが多く溶接外観が悪いという明らかな欠点もあります。このため、多くの産業用途では標準MIG/MAG溶接が採用されています。
- 標準的なMIG/MAG溶接は不活性ガスまたはアルゴンリッチ混合ガスシールドに依存しますが、純CO₂溶接は強い酸化性を示します。この根本的な違いが、それぞれの特性と適用限界を決定します。
3. CO₂溶接に対するMIG/MAG溶接の主な利点
- スパッタを50%以上削減：アルゴンまたはアルゴンリッチガス保護下で、溶接アークは非常に安定した状態を保ちます。アークの安定した性能は、溶滴移行およびスプレー移行中に維持されます。低電流MAG溶接の短絡移行においても、溶融した溶滴へのアーク反発が大幅に低減され、スパッタが半分以下にカットされます。
- 均一で美しい溶接ビード：MIG/MAG溶接は、均一で微細かつ安定した溶滴移行を保証し、滑らかで均一、そして視覚的に魅力的な溶接形成を実現します。
- 溶接可能な反応性金属および合金：溶接雰囲気は酸化が弱いか、ほとんどありません。MIG/MAGは炭素鋼や高合金鋼だけでなく、アルミニウムおよびアルミニウム合金、ステンレス鋼、マグネシウムおよびマグネシウム合金などの反応性金属も溶接できます。溶接プロセスの性能、溶接品質、生産効率を大幅に向上させます。
4. パルスMIG/MAGと標準MIG/MAG溶接の違い
- 標準MIG/MAGは、主に高電流でスプレイトランスファー、低電流でショートサーキットトランスファーを採用しています。低電流操作では、依然としてスパッタが多く、成形性が悪いです。特にアルミニウム合金やステンレス鋼などの反応性金属は、低電流ではスムーズに溶接できません。
- この問題を解決するためにパルスMIG/MAG溶接が開発されました。その主な特徴は、1回の電流パルスで1つの溶滴が移行することであり、本質的にスプレークラッド移行モードに属します。
- 最適な動作モードは、1パルス、1溶滴です。パルス周波数を調整することで、溶滴移行周波数とワイヤ溶融速度を制御します。溶滴径はワイヤ径に近く、従来のスプレイ移行や大溶滴移行と比較してアーク熱が低く、溶滴温度も低くなります。
主な利点:
- ワイヤの溶融効率が高い;
- 溶接ヒュームが少なく、合金元素の燃焼が低く、作業環境が向上します。
- 最小限またはほぼゼロのスプラッタで、優れたアーク指向性。
- 全姿勢溶接に適しており、良好な溶接外観、広い溶接幅、浅い指状浸透、および小さな盛り上がり。
- アルミニウム合金などの反応性金属に最適な低電流溶接。
- スプレイトランスファーの利用可能な電流範囲を広げます。臨界スプレー電流付近から数十アンペアまで安定した溶滴移行が可能です。
5. パルスMIG/MAG溶接の欠点
- どのプロセスにも限界はあります。標準的なMIG/MAG溶接と比較して：
- 通常の作業における溶接生産性の体感値がわずかに低い。
- 溶接工のスキルと操作経験に対する要求が高い。
- 溶接装置のコストが比較的高い。
6. パルスMIG/MAGが必須となる適用シナリオ
- パルスMIG/MAGの選択は、溶接プロセスの要件によって異なります。以下の材料および産業に不可欠です。
- 炭素鋼：圧力容器、ボイラー、化学熱交換器、セントラル空調熱交換器、水力タービンスパイラルケースなど、高い溶接品質と外観が要求される用途。
- ステンレス鋼：機関車部品や化学圧力容器など、厳格な品質と外観基準が求められる低電流溶接（200A以下）。
- アルミニウムおよびアルミニウム合金：高速鉄道、高電圧スイッチ、空気分離装置などで広く使用されている、高い外観と性能基準が求められる低電流溶接（200A以下）。
- 銅および銅合金：GMAW範囲内のほとんどすべての銅合金溶接でパルスMIG/MAGプロセスを採用しています。
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